感温变色材料　Thermochromic Material

一．      可逆感温变色材料的变色原理和结构：

感温变色颜料是一种随温度上升或下降而反复改变颜色的微胶囊。

可逆感温变色颜料是由电子转移型有机化合物体系制备的。电子转移型有机化合物是一类具有特殊化学结构的有机发色体系。在特定温度下因电子转移使该有机物的分子结构发生变化，从而实现颜色转变。这种变色物质不仅颜色鲜艳，而且可以实现从“有色===无色”和“无色===有色”状态的颜色变化,这是重金属复盐络合物型和液晶型可逆感温变色物质所不具备的。

微胶囊化的可逆感温变色物质称为可逆感温变色颜料(俗称：温变颜料,感温粉或温变粉)。这种颜料的颗粒呈圆球状，平均直径为2~7微米（一微米等于千分之一毫米）。其内部是变色物质，外部是一层厚约0.2~0.5微米既不能溶解也不会融化的透明外壳，正是它保护了变色物质免受其他化学物质的侵蚀。因此，在使用中避免破坏这层外壳是十分重要的。

二.  感温变色材料的基本色：

目前本公司生产的可逆感温变色颜料在显色状态有以下15个基本色：

1、感温变色颜料之间的互配和拼色:  

因为可逆感温变色颜料在隐色状态时是无色的，这使得不同颜色/不同变色温度/不同系列的变色颜料之间可以互配和拼色，从而获得更加丰富多彩的变色效果。

2-1、感温变色颜料基本色之间的互配：

将基本色之间按一定比例互配，可以获得许多过渡色无色的变色效果。

例如：

2-2、感温变色颜料与普通颜料之间拼色：

可以获得色A色B的变色效果。

例如：

三、 热敏变色颜料的类型：

1、热消色型（R系列）：

在低温时为有色状态，当温度升至设定值时颜料从有色变为无色。它的变色温度可根据用户需要在-20～80℃范围内设定:。R系列变色颜料的品种最多，色谱齐全，是最常用的变色颜料系列。其色～温关系曲线如图1所示：        

  图1. R系列色～温关系曲线              图2. F系列色～温关系曲线

2、热发色型（F系列）：

其色～温特性与R系列正相反。在低温时为无色状态，当温度升至设定值时颜料从无色变为有色。它的发色温度区间为：60～65℃。其色～温关系曲线如图2所示。

四、感温变色材料的变色温度

1、感温变色温度

实际上，感温变色颜料的变色温度不是一个温度点，而是一个温度区间，也就是从变色开始至变色结束所包含的温度范围（T0～T1）。这个温度区间的宽度一般为4~6℃，有些变色精度较高的品种(窄区间品种，以“N”表示)其变色温度区间较窄，只有2~3℃。

通常，我们将等速升温过程中，变色基本完成时所对应的温度T1定义为该感温变色颜料的变色温度。

2、感温变色循环次数:

取少许被测变色颜料，用504环氧胶调匀，在白纸上刮样(厚度0.05-0.08毫米)室温20℃以上静置一天。剪取10×30 mm纸样。取600 mL烧杯二只，注入水。其水温分别为被测样品变色温度区间上限（T1）以上5～20℃和下限（T0）以下不小于5℃（对于RF-65系列油墨，水温分别定为T0=35℃，T1=70℃），并保持水温。将试样轮流浸入二个烧杯中，完成每次循环的时间为3~4秒钟。观察颜色变化并记录可逆变色循环次数（通常，热消色系列的变色循环次数大于4000—8000次）。

五、感温变色颜料在塑料制品中的应用：

1、R系列感温变色颜料最适合用于注塑和挤塑：

R系列（塑胶级）是本司开发的专门用于塑胶的变色颜料品种。其特点是：囊壁厚，强度高，耐热性好，更加易于分散均匀，消色时残留色少。

2、适用范围：

本品可用于聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、软聚氯乙烯（S-PVC）、AS和ABS等透明或半透明塑料的注塑、挤塑成型。也可混入不饱和聚脂、环氧树脂、有机玻璃或尼龙单体内浇铸、模压、固化成型。

3、用量：

用于注塑、挤塑加工或浇铸、模压、固化成型时,变色颜料的用量为塑料量的0.4~3.0% ,通常为0.6 ~2.0%。变色颜料与塑料粒子要充分混和均匀（混合时可使用少量白油）。如果是普通颜料与变色颜料拼色，则普通颜料（或染料）的用量大约为变色颜料的0.5-2.5%。

4、色母料：

在大批量生产时可先将变色颜料加入聚乙烯蜡或聚苯乙烯蜡中制成颜料含量为10%的色母料，然后再与塑料粒子混合使用。这样可使变色颜料分散的更均匀。色母料的制备方法可参考本司提供的技术资料。

5、温度：

加工温度应控制在200℃以下,最高不要超过230℃,并尽量减少物料的受热时间。（高温，长时间加热将损害颜料的变色性能）。

6、注意事项：

A :注塑和挤出中使用变色颜料时塑料中不应再同时使用其它填充料或普通颜料(例如：钛白粉，碳酸钙，硫酸钡，碳黑等)，否则将会屏蔽变色效果。

B:浇铸、模压、固化成型中使用变色颜料时应先将变色颜料加入不饱和聚脂、有机玻璃或尼龙单体内内搅拌分散均匀，然后再加入引发剂或固化剂开始聚合或交联反应。因为在予聚后体系粘度急剧升高，此时加入变色颜料会使大量颜料颗粒包裹在一起，难于分散均匀。另外，此时的搅拌操作也会使体系中残留大量气泡。

C.:慎重选择交联剂或固化剂：在环氧树脂和不饱和聚酯树脂的交联固化过程中，其内部有时会产生强大的收缩应力，导致变色颜料微胶囊外壳破裂，其它化学物质进入颜料内部使其失去变色性能。这种情况在环氧树脂固化厚度大于0.2毫米并且使用多胺类固化剂时经常会发生。

D:不能使用密炼机、捏和机、高速分散机，双螺杆挤出机等高剪切设备进行塑料粒子与变色颜料的预混合。这些设备会严重破坏变色颜料表面的保护层，使其失去变色性能。另外，在制备色母料时应避免变色颜料经受反复的挤出造粒操作。

E:在PVC树脂的配方中应避免使用含磷的稳定剂和增塑剂，否则会使变色注塑制品在消色状态时产生严重的残留色。

六．感温变色颜料在油墨和涂料中的应用：

1.连接料(树脂)的选择:

1-1．连接料(树脂)黏度和固含量对色浓度和表面光泽的影响：

调墨油中树脂的选择对热敏变色油墨的色浓度和表面光泽有着十分重要的影响，这一影响对黑色墨更加显著，颜料的含量远高于普通油墨，如果用普通油墨的树脂调制变色油墨会导致油墨因黏度过高而无法使用。因此，调墨时只能减少树脂用量而增加溶剂的用量，以使油墨黏度降低。这样所导致的后果就是：当印品的墨层干燥后，由于树脂含量很少，不足以填平颜料之间的空隙，使得墨层表面凹凸不平没有光泽，从而对光线形成漫反射。所以墨层表观色浓度低而灰度高。对于黑墨来说，显得灰而不黑。（如果将此印品表面再罩印一层透明光油，可以明显感觉黑度提高）因此，热敏变色油墨的调制必须使用高含固量低黏度（低聚合度或低分子量）的树脂，这样才能获得良好效果。

1-2．连接料(树脂)的种类及其光折射率与变色油墨(涂料)的色浓度和消色后透明度的关系：     

热消色系列（R系列）变色颜料常用于印刷“遮盖—显示”类图案，要求印品表面的变色墨层在发色时完全遮盖下层图案，在达到消色温度后要尽量透明，使下层图案清晰显示。在这类用途中，如果树脂选择不当，遮盖墨层消色后会产生“白雾”，使下层图案显示不清楚。其基本原因是所选用的树脂与变色颜料微胶囊壁材料的光学折射率不一致所造成的。无数微胶囊分散在墨层中形成了大量的光学折射界面，就象将一块透明玻璃粉碎后形成的白色不透明现象一样。适当选择树脂可以在很大程度上减少变色墨层内的这种折射现象，使得消色后的墨层更加透明。一般来说，使用醇酸树脂和丙烯酸树脂的透明度较好，而使用聚酰胺树脂和硝化纤维素的透明度最差。

2、溶剂的选择和对变色性能的影响：

2-1、溶剂的光折射率对变色油墨(涂料)色浓度的影响：

变色颜料微胶囊材料的光学折射率大约在1.50—1.54之间,当溶剂的光折射率与之相同或相近时油墨的色浓度较高,例如甲苯，二甲苯和苯甲醇(其光学折射率分别是1.496，1.493和1.540 )。反之,当二者的光折射率相差较大时,油墨的表观色浓度较低。例如正丙醇(1.386),异丙醇(1.377),丙酮(1.359),乙酸乙酯(1.372),乙酸丁酯(1.394),乙二醇乙醚(1.392)。

但是，溶剂对变色油墨色浓度的影响是暂时的。印刷完成后，随着墨层中溶剂的挥发这种影响将逐渐消失。

2-2、溶剂对颜料变色性能的影响：

热敏变色颜料对不同溶剂的耐受性各不相同,在有些溶剂中浸泡6个月也不会影响其变色性能，但另一些溶剂可以在几小时至几周内侵蚀微胶囊表层并渗入其内部，使颜料的变色性能褪化甚至完全消失。在溶剂挥发后，这种变色性能褪化有些是可以部分恢复的，有些是完全不可恢复的。一般来说，含有3个碳原子以下的溶剂对变色颜料的侵蚀破坏性较大，含有6个碳原子以上的溶剂对颜料的影响很小。另外，在较高的温度下溶剂的侵蚀作用会更加明显。以下是在20℃温度时热敏变色颜料浸泡于不同溶剂中至变色性能褪化所需的大致时间。

由于不同颜色及不同批号产品的耐溶剂性也不尽相同，具体数据以实测为准。以下数据仅供参考。

基于上述原因,在调配油墨和和涂料时应采取以下措施：

---尽量少用或不用C4以下醇类溶剂，而以其他溶剂代之。例如,可以使用环己酮代替丙醇。

---在必须使用丙醇等溶剂时，油墨(涂料)应随用随配，避免存放。

因本公司生产的变色颜料很容易在树脂液中分散，故可将除变色颜料以外的所有油墨(涂料)组分配好，印刷前加入规定量的变色颜料，搅拌均匀后即可加入墨斗中开始印刷。也可以将除丙醇、异丙醇等之外的油墨成分配好(包括变色颜料)，临使用前再加入规定量的上述溶剂，搅拌均匀后开始印刷。注意一次配墨量不要太多，随用随配，不要存放。

特别提示：油墨行业常用的成品稀释剂/混合溶剂和某些树脂溶液中可能含有乙醇，丙酮，丙醇等损害变色颜料性能的成分。即使其中有害成分含量极少，也会造成严重影响。

七、 感温变色颜料的使用条件:

可逆感温变色颜料本身是一个不稳定体系（稳定就难于变化），所以其耐光,耐热,耐老化等性能远不及普通颜料,在使用中应加以注意。

1、耐光性:

感温变色颜料的耐光性较差，在强烈阳光下暴晒下会很快褪色失效，因此其只适合在室内使用。应避免强烈阳光和紫外灯光的照射，这样有利于延长变色颜料的使用寿命。

2、耐热性:

感温变色颜料在短时间内可耐230℃高温（10分钟左右），可应用于注塑和高温固化。但变色颜料在发色状态和消色状态时的热稳定性不同，前者的稳定性高于后者。另外当温度高于80℃时，构成变色体系的有机物也会开始降解。因此变色颜料应避免长期在高于75℃温度下工作。

八、感温变色颜料的保存:

本产品应置于阴凉、干燥和全避光条件下保存。由于变色颜料在发色状态时的稳定性高于消色态，所以，变色温度较低的品种应放在冷柜中保存。在上述条件下，绝大多数品种的变色颜料在储存5年后其性能没有明显退化。

九、感温变色颜料的安全性和使用注意事项:

本公司销售的全部变色颜料都不含汞，铅，铬等有毒重金属成分，对人体皮肤也无毒无刺激性。但由于其颗粒十分细小，在空气中形成粉尘后，很容易由呼吸道进入人体肺部沉积或进入血液循环系统，造成不良后果。因此在操作中应佩带防尘口罩，橡胶手套和护目镜。如果变色颜料不慎进入眼睛或口腔，应立即用大量清水冲洗，防止其进入人体。

根据国家有关规定，变色颜料与普通颜料一样，其制品中含有颜料的部分，应避免直接接触食品和饮用水。如果用于生产示温变色的塑料餐饮器具，可采用双层注塑工艺，变色层应位于不与食品接触的部分。

感温变色颜料是非易燃品，在空气中加热到170℃也不会自燃。但由于其颗粒极细，比表面积巨大，一旦在空气中形成粉尘并达到一定浓度后，遇明火可能会引起爆燃。请务必谨慎操作。